浸润髓系细胞来源的备解素显著促进缺血性卒中后小胶质细胞介导的神经炎症

Infiltrating myeloid cell-derived properdin markedly promotes microglia-mediated neuroinflammation after ischemic stroke

作者信息Pin-Yi Liu, Hui-Qin Li, Meng-Qi Dong, Xin-Ya Gu, Si-Yi Xu, Sheng-Nan Xia, Xin-Yu Bao, Yun Xu, Xiang Cao
PMID37951917
发布时间2023-11-11
DOI10.1186/s12974-023-02946-z

实验完整度

包含转基因小鼠体内模型(全身性和髓系特异性敲除)、原代细胞体外实验、单细胞RNA测序及转录组分析、分子互作验证(Co-IP、PLA)等多层级验证,并进行了功能与机制验证。

主要模型

C57BL/6J小鼠tMCAO缺血性脑卒中模型 Cfp−/−(全身性敲除)小鼠 LysM-cre Cfpfl/fl(髓系特异性敲除)小鼠 原代小胶质细胞和原代皮层神经元

重点核对

tMCAO模型中缺血时间60分钟 Cfp基因敲除小鼠品系(Cfp−/−和LysM-cre Cfpfl/fl) 重组小鼠备解素(rmProperdin)处理浓度(2、4、8 µg/ml) 慢病毒shRNA敲低Clec4e(MOI=40) 小胶质细胞条件培养基孵育神经元12小时

摘要

背景:新出现的证据表明,浸润到梗死周围区域的髓系细胞可能通过与小胶质细胞相互作用来影响缺血性卒中的进展。备解素通常由中性粒细胞、单核细胞和T细胞等免疫细胞分泌,已被发现具有损伤相关分子模式(DAMPs)的特性,并能执行与补体途径无关的功能。然而,备解素在调节小胶质细胞介导的卒中后神经炎症中的作用仍不清楚。方法:对全身性和条件性(髓系特异性)备解素敲除小鼠进行短暂大脑中动脉闭塞(tMCAO)。进行组织病理学和行为学测试以评估小鼠的缺血性脑损伤。应用单细胞RNA测序和免疫荧光染色来探索备解素的来源和表达水平。通过转录组测序描绘了备解素激活的原代小胶质细胞的转录组谱。使用慢病毒在小胶质细胞中沉默巨噬细胞诱导型C型凝集素(Mincle)。将原代小胶质细胞的条件培养基给予原代皮层神经元以确定小胶质细胞的神经毒性。使用一系列细胞和分子生物学技术来评估促炎反应、神经元死亡、蛋白质-蛋白质相互作用及相关信号通路等。结果:备解素水平显著增加,脑浸润的中性粒细胞和巨噬细胞是缺血脑中备解素的主要来源。全身性和条件性髓系敲除备解素在tMCAO小鼠急性期减弱了小胶质细胞的过度激活和炎症反应。相应地,重组备解素处理增强了原代培养中促炎细胞因子的产生,并加剧了小胶质细胞增强的神经元死亡。机制上,重组备解素作为新型配体,激活小胶质细胞上的Mincle受体及下游通路,驱动原代小胶质细胞诱导的炎症反应。有趣的是,备解素可以直接结合小胶质细胞Mincle受体发挥上述作用,而Mincle敲低限制了备解素介导的小胶质细胞炎症。结论:备解素是浸润的外周髓系细胞与小胶质细胞通讯的新介质,进一步激活小胶质细胞并加剧缺血脑的脑损伤,表明靶向破坏备解素与小胶质细胞上Mincle的相互作用或抑制其下游信号可能改善缺血性卒中的预后。

实验结论

提炼研究问题、关键发现与证据,快速把握文章的核心贡献。

研究问题
备解素在缺血性卒中后是否以及如何调节小胶质细胞介导的神经炎症?
核心机制
浸润髓系细胞(中性粒细胞和巨噬细胞)来源的备解素作为DAMP直接结合小胶质细胞上的Mincle受体,激活Syk/NF-κB/C/EBPβ等下游信号通路,促进促炎因子产生并加剧神经炎症和脑损伤。
主要证据
全身性和髓系特异性敲除备解素减轻小胶质细胞活化及炎症反应并改善神经功能;重组备解素激活原代小胶质细胞并增强其神经毒性;Co-IP和PLA证明备解素与Mincle直接结合,Mincle敲低逆转其促炎效应。
研究意义
作者提出靶向破坏备解素与小胶质细胞Mincle的相互作用或抑制其下游信号可能为缺血性卒中提供潜在治疗策略。

研究路径

按研究推进顺序梳理实验设计、验证步骤与关键观察。

1

检测备解素表达水平与来源

评估缺血后脑中备解素的表达变化及其细胞来源

通过Western blot和ELISA检测tMCAO后不同时间点脑和血清备解素水平;利用单细胞RNA测序和免疫荧光染色确定脑内备解素的细胞来源。

2

验证备解素敲除对脑损伤的影响

明确备解素在缺血性脑损伤中的作用

对Cfp−/−和WT小鼠行tMCAO,评估神经功能(mNSS、握力、转棒)、梗死体积(TTC染色)和神经元凋亡(TUNEL)。

3

评估备解素敲除对小胶质细胞激活的影响

研究备解素是否影响小胶质细胞介导的炎症反应

通过qPCR检测炎症基因表达;免疫荧光染色和三维重建分析小胶质细胞形态;FACS分选小胶质细胞进行PCR array和流式检测细胞因子。

4

体外验证rmProperdin对小胶质细胞的激活作用

检测重组备解素是否直接激活小胶质细胞并增强其神经毒性

原代小胶质细胞经不同浓度rmProperdin处理,检测炎症因子表达;收集条件培养基处理原代神经元,评估神经元活力(CCK8)和凋亡(Calcein-AM/PI)。

5

转录组分析揭示备解素激活小胶质细胞的分子机制

探索备解素处理小胶质细胞后差异表达基因及信号通路

对8 µg/ml rmProperdin处理3h的原代小胶质细胞进行RNA-seq,并进行GO、KEGG和GSEA富集分析。

6

验证备解素与Mincle的相互作用及下游信号

确认备解素是否直接结合Mincle并激活其下游通路

qPCR和Western blot检测Mincle表达;Duolink PLA和Co-IP验证备解素-Mincle结合;Western blot检测p-Syk、p-p65、C/EBPβ水平。

7

敲低Clec4e验证Mincle介导备解素效应

明确Mincle在备解素诱导小胶质细胞炎症中的必要性

用慢病毒shRNA敲低原代小胶质细胞Clec4e,检测下游信号通路、炎症因子表达及条件培养基对神经元活力的影响。

8

髓系条件敲除小鼠验证细胞来源

确认巨噬细胞和中性粒细胞来源的备解素在脑损伤中的作用

对LysM-cre Cfpfl/fl小鼠行tMCAO,检测小胶质细胞炎症因子、神经功能和梗死体积。

研究方法

按研究目的归类文中使用的方法,便于定位所需技术。

产品清单

实验环节名称品牌货号
C57BL/6J小鼠----
Cfp-/-小鼠Cyagen Biosciences--
Cfpfl/fl小鼠Cyagen Biosciences--
三溴乙醇----
激光散斑对比成像----
握力计Bioseb--
转棒式疲劳仪RWD Life Science--
2,3,5-氯化三苯基四氮唑Sigma-Aldrich--
DMEM培养基----
胎牛血清----
青霉素/链霉素----
Neurobasal培养基----
B27添加剂----
GlutaMAX添加剂----
多聚-D-赖氨酸----
重组小鼠备解素Cusabio--
CCK8溶液MedChemExpress--
酶标仪Tecan Trading AG--
靶向Clec4e的慢病毒shRNAGeneChem--
聚凝胺----
Percoll分离液----
抗小鼠CD45抗体BioLegend103114
抗小鼠CD11b抗体Thermo Fisher Scientific53-0112-82
BD FACSAria™ III流式细胞分选仪BD--
PE抗TNF-α抗体Thermo Fisher Scientific12-7321-81
PE抗IL-6抗体BioLegend504503
APC抗IL-1β抗体Cell Signaling Technology31202
BD LSRFortessa流式细胞仪BD--
PCR芯片Wcgene Biotech--
TRIzol试剂----
NanoDrop 2000分光光度计Thermo Scientific--
Agilent 2100生物分析仪Agilent--
TruSeq链式mRNA文库制备试剂盒Illumina--
Illumina测序平台(HiSeqTM 2500或HiSeq X Ten)Illumina--
RIPA裂解液----
PVDF膜Millipore--
抗备解素抗体Santa Cruz Biotechnologysc-393723
抗Mincle抗体Santa Cruz Biotechnologysc-390806
抗p-Syk抗体Cell Signaling Technology2711
抗Syk抗体Cell Signaling Technology2712
抗p-p65抗体Cell Signaling Technology3033
抗p65抗体Bioworld TechnologyBS1257
抗C/EBPβ抗体Santa Cruz Biotechnologysc-7962
抗GAPDH抗体Bioworld TechnologyAP0063
GEL-Pro成像系统Tanon Technologies--
备解素ELISA试剂盒Signalway Antibody--
Triton X-100----
驴血清----
抗Ly6G抗体Cell Signaling Technology87048
抗备解素抗体Santa Cruz Biotechnologysc-365634
抗TMEM119抗体Abcamab209064
抗Iba-1抗体Abcamab5076
含DAPI的抗淬灭封片剂Beyotime--
TUNEL检测试剂盒Vazyme--
共聚焦显微镜(Olympus FV3000)Olympus--
HiScript III Q RT SuperMix逆转录试剂盒Vazyme--
AceQ qPCR SYBR® Green预混液Vazyme--
Roche LightCycler 96 PCR仪Roche--
蛋白A/G PLUS-琼脂糖珠Millipore--
小鼠对照IgGMillipore--
Duolink邻位连接试剂盒Sigma-Aldrich--
ImageJ软件----
FlowJo软件----

关键环节

汇总复现实验时建议重点确认的条件及原文阅读提示。

环节核对要点
动物模型
小鼠品系、性别、年龄、tMCAO缺血时间(60分钟)、麻醉方式(三溴乙醇)
阅读提示:Methods: tMCAO and laser speckle contrast imaging (LSCI)
基因敲除策略
Cfp−/−和Cfpfl/fl小鼠构建背景、LysM-cre介导的髓系特异性敲除、基因分型引物
阅读提示:Methods: Mouse strains and genotyping
原代细胞培养
小胶质细胞和神经元分离方法、培养基成分、培养时间(10天)
阅读提示:Methods: Primary microglia and primary cortical neuron culture
体外刺激
rmProperdin浓度(2、4、8 µg/ml)、处理时间(24h或3h)、对照(PBS)
阅读提示:Results: Recombinant mouse properdin (rmProperdin) activates microglia...
慢病毒敲低
Clec4e shRNA序列、MOI=40、polybrene浓度(10 μg/ml)、感染时间(8h)和培养时间(3天)
阅读提示:Methods: Lentiviral knockdown of Clec4e
小胶质细胞分选
CD45intCD11b+门控策略、Percoll梯度离心条件
阅读提示:Methods: Fluorescence-activated cell sorting (FACS) and flow cytometry analysis
蛋白互作验证
Co-IP所用抗体(anti-Mincle)、PLA所需抗体和试剂盒
阅读提示:Methods: Co-immunoprecipitation (Co-IP) 和 Duolink proximity ligation assay (PLA)
统计分析
统计方法(t检验、单因素方差分析、双因素方差分析)和显著性阈值(P < 0.05)
阅读提示:Methods: Statistics analysis